反芻動物氨基酸需要量及理想模式的研究進展

shifuming2007 · 發表于 2008-2-14 17:19:36

趙發盛林英庭

（萊陽農學院動物科技學院山東青島 266109）

摘要：近年來，隨著反芻動物營養研究方法和手段的不斷改進，反芻動物氨基酸的研究取得了很大的進展。本文簡要論述了反芻動物限制性氨基酸的研究現狀，描述了反芻動物小腸的理想氨基酸模式的研究進展。
關鍵詞：反芻動物限制性氨基酸理想氨基酸模式

The Research Progress of the Ruminant Amino Acid Requirement and Ideal Pattern

Abstract: Inrecent years, The ruminant amino acid research has made obviousprogress with the development of the ruminant nutrition researchmethods. This article briefly elaborated the present situation inresearch of the ruminant restrictive amino acid, and described theresearching progress of the ruminant small intestine ideal amino acidpattern.

Keywords: Ruminant Restrictive amino acid Ideal amino acid pattern

反芻動物能夠消化利用低質粗飼料，但對含氮物質利用率偏低，從而降低了日糧整體利用效率，也就是說日糧中大量的蛋白質并沒有轉化為人類所需求的蛋白產品。隨著世界蛋白質飼料資源緊缺的加劇和人類對畜產品質量和環境保護要求的提高，反芻動物營養研究者和畜牧業生產者面臨著提高動物生產能力、改善畜產品品質和降低日糧成本、減少動物糞尿中氨氮排放的雙重任務。這也是近年來反芻動物蛋白質（氨基酸）營養研究的熱點和生產者所追求的目標。為此人們圍繞反芻動物蛋白質和氨基酸代謝進行了大量的研究工作，并取得了很大的進展[1][2]。
隨著氨基酸分析技術和發酵提取、化學合成晶體氨基酸方法的飛速發展，對氨基酸營養作用的研究已從單純研究各種必需氨基酸需要量深入到綜合考慮各種氨基酸的平衡與模式上來。理想氨基酸模式(Ideal Amino Acid Pattern)是指飼糧中各種氨基酸的最佳平衡。在蛋白質營養中，氨基酸平衡已在畜禽生產中得到應用。理想氨基酸模式作為評定畜禽飼糧蛋白質營養價值的重要方面，也已越來越得到人們的重視[3]。
1 反芻動物小腸可吸收氨基酸的來源
目前，對反芻動物瘤胃內蛋白質消化和代謝的途徑已基本摸清，但對一些氨基酸具體的代謝途徑和特點仍在繼續研究中[4]。反芻動物瘤胃內棲居著大量的微生物，包括細菌、原蟲和真菌。一般認為，飼料蛋白質進入瘤胃后，一部分被微生物降解為寡肽、氨基酸和氨，瘤胃微生物再利用發酵生成的VFA作為碳架，并利用瘤胃發酵釋放的能量（ATP），將這部分寡肽、氨基酸和氨連同內源分泌的氨一起又合成微生物蛋白。這些微生物蛋白連同飼料中非降解蛋白（包括過瘤胃完整蛋白和部分小肽）隨食糜流通進入真胃和小腸，然后又被動物分泌的消化液（酶）分解成小肽或游離氨基酸，供動物機體利用[5][6]。
反芻動物小腸可吸收氨基酸來源于3個部分，即瘤胃微生物蛋白質、飼料非降解蛋白質（包括小肽）和內源分泌的蛋白質[7]。微生物蛋白質是小腸吸收氨基酸的主要來源，奶牛占35%-60%( Clark等，1992)[8]，綿羊占60%-90%(Smith，1975)。瘤胃微生物的氨基酸模式與牛奶蛋白質中的相似，但Met, His, Leu,Val稍低。此外，微生物氨基酸到達十二指腸的量對于滿足高產奶牛是不夠的(Stern等，1994)[9]。 Met已經被認為是瘤胃菌體蛋白質的第一限制性氨基酸，牛和綿羊飼喂的是半純合日糧或包含少量UDP日糧，Met和Lys已經被認為是第一和第二限制性氨基酸(Richardson和Hatfield， 1978；Storm和Orskov，1984；Titgemeyer和Merchen，1990)[7] [26][10]。不同氮源對反芻動物的瘤胃MCP的產量有一定的影響，但MCP的氨基酸組成是否恒定一直引起人們的爭議。Erasmus等(1994)用不同實驗日糧測得瘤胃細菌的氨基酸組成有一定的差異[11]，王洪榮(1998)應用豆餅、亞麻餅和血粉3種不同氮源研究發現，3種氮源日糧對綿羊瘤胃微生物中的多數氨基酸無顯著影響，但從表觀數值上分析，豆餅日糧和亞麻餅日糧下瘤胃分離微生物的氨基酸組成相近，飼喂血粉日糧綿羊瘤胃微生物中His, Leu, Val, Tyr, Pro比例降低[12]。可見，不同氮源日糧對瘤胃微生物中某些氨基酸的比例有一定影響，不同日糧下微生物氮中氨基酸氮含量間有差異。其變化原因可能是因日糧不同引起進入小腸的微生物種類的不同所致，因為瘤胃細菌和原蟲的氨基酸組成有一定的差異。由于日糧的不同會引起微生物的組成和種屬的差異，所以進入小腸的氨基酸組成也有一定的不同。如果要使反芻動物以最佳狀態生長發育，單單只由瘤胃微生物來提供氨基酸是遠遠不夠的，因此，添加外源性AA是使反芻動物發揮最大生產性能的必要前提[7]。要提高腸道內可吸收AA的數量和質量有多種方法，如采用一些物理、化學方法提高瘤胃非降解蛋白質(Crooker 1986,Egil 1999 )[13][14]，但是，這并不能確保限制性氨基酸能得到滿足。要從根本上解決這一問題就要必須確切了解反芻動物限制性AA的種類和限制順序，掌握小腸中理想氨基酸的模式以及各種氨基酸在小腸中的吸收利用率，然后通過調整日糧的結構來達到調節進入小腸的AA的數量和質量均符合理想AA的組成要求[15]。當今，許多單胃動物都有了明確的蛋白質和AA需要量的規定，而反芻動物只有蛋白質需要量，AA需要量至今尚未明確。因此，這成為當前國內外研究的熱點問題。
2反芻動物限制性氨基酸(LAA)研究現狀
限制性氨基酸(LAA)及其組成模式是決定反芻動物體內含氮物質利用的重要因素。通過對可吸收LAA平衡調控可降低日糧蛋白用量，提高利用率，從而節約資源并能減少環境污染。AA吸收效率、轉運效率、吸收與排出比例是評定LAA順序的基本方法（NRC 2001)。在此基礎上，許多學者結合飼養試驗，十二指腸(真胃)AA灌注法和多血管瘺技術[16]初步建立了LAA體系，并一致認為Lys和Met是反芻動物的第一和第二LAA，而對其余AA限制性順序，學術界仍存在爭議。王洪榮(1998)評定了3種蛋白質飼料的不同LAA順序[12]。Greenwood和Tigemeyer (2000)認為生長牛的LAA順序為Lys，Met，Thr[17]。McCuistion (2004)認為生長牛的LAA順序為Lys，Met，His。董曉玲(2003)研究了內蒙古絨山羊的LAA，根據氮沉積求出各種AA的相對限制性順序依次為：His (20.45%)；Met (29.07%0)；Arg（51.76%)；Ser (54.25%)；Cys (72.17%)。內蒙古絨山羊的LAA為Met和His[18]。然而甄玉國(2004)認為Met不是影響羊絨生長的主要LAA[19]。對于LAA對反芻動物生產性能的影響，也存在爭議。有研究表明，灌注或飼喂瘤胃保護性LAA 可提高泌乳量和改善乳成分(Harrison等2000；Robinson等2000)。但Bernard等(2004)認為補充瘤胃保護性LAA對乳產量無影響。NRC (2001)總結了大量研究表明：①乳蛋白含量比產奶量對補充Lvs和Met的反應更敏感，尤其是產奶高峰期以后的奶牛。②乳蛋白含量的增加與產奶量無關。③酪蛋白是乳蛋白中最受影響的部分。④當可代謝蛋白中其它AA達到或接近估測需要量時，乳蛋白增加對添加Lvs和Met反應最敏感。⑤在產奶量方面，泌乳早期奶牛比中期和晚期對Lys和Met敏感。王洪榮和董曉玲(2004)闡述了一些評價LAA的新指標，如分子生物學指標，尿中3—甲基組氨酸（MMH)肌苷比值，限制性氨基酸指數(LAAI)，蛋白質周轉等[20]。
3 反芻動物氨基酸的需要量及研究方法
近年來，理想氨基酸平衡模式已在豬禽日糧配合中得到廣泛的應用，降低了日糧中蛋白質的用量，提高了飼料的利用效率。但與此相比，反芻動物的氨基酸需要量的研究顯得相對滯后。其主要原因是由于反芻動物瘤胃微生物對進入真胃和小腸的氨基酸組成和數量具有較大的干擾。另外，我們不能用純蛋白質或氨基酸日糧來做平衡飼養試驗，加之反芻動物日糧的組成變化極大，很難評估其生物學價值。致使飼養者無法用日糧原料中氨基酸模式配合反芻動物日糧[21][22]。
隨著瘺管技術、灌注技術、血插管技術和同位素示蹤技術等反芻動物營養研究手段的發展，為反芻動物氨基酸平衡模式的研究提供了有利的工具；同時在反芻動物對養分的吸收、代謝和分配等方面也取得重大的突破。尤其是盧德勛(1997）提出了總代謝氨基酸的新概念（即由前胃和腸道吸收進入肝臟門靜脈血液的肽和氨基酸的總量），第一次將瘤胃和腸道吸收聯系起來，能夠更精細地反映整個機體的代謝蛋白質，可作為蛋白質和氨基酸營養整體優化的較為理想的指標[1]，為反芻動物氨基酸需要量的確立提供理論基礎[23]。
反芻動物氨基酸需要量的研究方法主要包括以下幾個方面：
3.1 飼喂滿足生產需要的日糧時，根據真胃或小腸的氨基酸流量和組成分析氨基酸需要量
Goedeken等(1990)分別計算了給閹牛飼喂十種不同日糧時小腸的必需氨基酸流量和組成，這些日糧具有相同的基礎成分和不同的蛋白質補充料，均使動物實現了最大生產性能[24]。Willkerson等(1993)根據這些小腸的必需氨基酸流量數據，分析各種必需氨基酸的變異系數，認為變異系數最小的蛋氨酸為第一限制性氨基酸，并估計其需要量為11. 9克/天[25]。
3.2 屠體分析法
Block等(1994)注意到營養價值高的蛋白質在必需氨基酸組成上與采食該種蛋白質的動物的必需氨基酸組成大體相似，于是提出了生長動物的必需氨基酸需要量由體蛋白質的必需氨基酸組成來確定的理論，但由于各組織器官必需氨基酸組成差異很大，需要用整個動物體的氨基酸組成模式進行預測。Hogen(1974)[26], McCance和Widdowson (1978), Evans和Patterson(1986)分析了肉牛選定肌肉組織的EAA組成模式。另外一些研究(Williams， 1978；Rohr和Lebzien，1991；Ainslie等，1993)用空腹動物體得出了肉牛用于維持和增重的必需氨基酸凈需要量的組成模式

3.3 真胃或十二指腸梯度灌注測定法

氨基酸梯度灌注測定法是應用最多的一種測定反芻動物氨基酸需要量的方法。采用該方法需要給肉牛裝上真胃或十二指腸瘺管，使待測氨基酸成為第一限制性氨基酸，保證其它營養物質和必需氨基酸充足且相對平衡。常用的方法有基礎日糧十待測氨基酸法；半純合日糧+氨基酸混合物十待測氨基酸法[27]。
3.4 真胃或十二指腸回撤灌注法
Storm和Orskov (1984)提出了一種新的灌注方法來確定某種已知氨基酸組成模式的蛋白質中EAA的限制順序和限制程度，并根據EAA的限制程度來確定可吸收EAA的理想模式。該方法分為以下幾步進行: (1)估計某給定蛋白的可吸收氨基酸利用效率(U)；(2)測定小腸基礎氨基酸流量及相應氮平衡(NB)值；(3)按小腸基礎氨基酸流量中EAA的模式來配合EAA混合液，每種EAA的量均為基礎流量的 (1-U) /U，從真胃灌注混合液，并測定相應的NB值；(4)每次撤出混合液中的一種EAA,同時測定NB，根據測定的NB可以確定EAA的限制順序和限制程度，由限制程度即可確定各種限制性EAA在小腸基礎流量中應該補充的數量。Storm和Orskov(I984)用此方法測定了MCP作為綿羊的唯一蛋白源時EAA的限制情況[28]。Fraser等(1991)用此方法測定了泌乳奶牛的可吸收EAA理想模式。Greenwood等(2000)對以谷殼為基礎日糧、體重200千克左右的荷斯坦肉牛用真胃回撤灌注法進行試驗，表明蛋氨酸是第一限制性氨基酸，其需要量為10克/天[17]。
4 理想氨基酸(ldeal Amino Acid,lAA)模型及氨基酸平衡理論研究進展
影響蛋白質利用效率最重要的因素是小腸可消化AA模型，但由于瘤胃微生物對飼料的降解，影響了IAA模型在飼料配制過程中的應用(Boisen等2000)。近幾年來，隨著計算機技術在動物營養學中的應用，研究者可通過更為復雜的數學模型來評估反芻動物IAA模型及AA平衡。瘺管術、灌注營養技術和多血管瘺技術等又為反芻動物 AA平衡模式研究提供了重要工具。王洪榮(1998)研究發現改進肌肉模式為生長綿羊小腸可消化IAA模式(M85+C15)，即Lys 100% ，Met+Cys 39.37%，Thr 76.17%，His 40.51% ，Arg 72.25%，Leu 157.54% ，Ile 81.47%，Val 104.75% ，Phe 81.02%和Trp 12.94% ，EAA：NEAA 為1：1.01[12]。甄玉國(2002)認為在AA不平衡條件下，增加蛋白質水平實際上是對AA不平衡的一種補償，但這種補償是有限的。過度的補償對蛋白質資源是一種浪費，同時也達不到理想的增絨效果。AA平衡以后可增加外周組織，尤其是皮膚對蛋氨酸的利用，從前胃以內源形式進入十二指腸的Met數量減少，提高了皮膚蛋白合成量，促進絨毛纖維生長。研究同時表明，在一定范圍內動物機體可通過自我穩衡調控功能，調節血液循環中的AA趨于平衡。一旦超出動物本身調控范圍，某些AA在血液循環中大量滯留，反而會影響AA平衡性。同時也說明，小腸可吸收IAA模式是一個范圍，在這一個理想模式范圍內，動物借助機體的自我調控功能，使進人組織代謝層次的AA模式趨于理想平衡模式(盧德勛,2004)。為此，甄玉國引入氨基酸平衡指數(Amino Acid Glance Index，AABI)概念，用以評價小腸可吸收AA平衡性。甄玉國研究得出的絨山羊小腸可吸收IAA模式與王洪榮所確立的綿羊IAA模式相比，絨山羊含硫氨基酸(SAA)的比例約為綿羊的2倍，Leu和Ile明顯低于綿羊，其它氨基酸則差異不大[19]。由于內臟組織消耗了大量的Leu,當根據肌肉和絨毛模式計算IAA模式時低估了Leu的實際需要，因此在甄玉國研究所確定的IAA模式的前提下應該適量提高Leu添加量同時也應該增加Ile和Ser比例。蘇鵬程等(2004)采用同樣方法，測定了內蒙古白絨山羊小腸AA表觀消化率，并對AA平衡性進行評定，結果表明:玉米一豆粕型日糧條件下，小腸可吸收AABI為0.69 ，要達到M85+C15的平衡模式，需要補充Met、Arg、His、Thr、Ser和Trp[29]。
但人們對畜禽理想蛋白氨基酸模式的研究都是基于如下假設：即對某種動物而言,其理想蛋白氨基酸模式相對恒定，受品種、性別、年齡等因素的影響很小；隨著動物的生長，改變的只是各種氨基酸的絕對需要量，而其相互比例則基本保持不變。對理想蛋白氨基酸模式的這種假設既有利于從大局上把握動物復雜生理需要的總體動態，也便于生產實踐中的運用。但是,許多研究者證實，在以上條件下所測得的理想蛋白氨基酸模式只是相對的，品種、性別、年齡、飼養水平等的不同均對理想蛋白氨基酸模式有一定的影響。維持和生長在不同的情況下氨基酸的相對比例并不恒定。對不同生長狀況的畜禽，應根據其維持和生長相對氨基酸的比例的不同，對理想蛋白氨基酸模式作適當調整[30]。
5 小結

近年來，在反芻動物氨基酸營養研究和應用方面已取得了相當的進展，但多局限于某一方面或停留在通過胃腸道和血液直接灌注等試驗研究水平，距離真正意義上的氨基酸平衡應用還有相當的一段路程，許多研究工作有待完善和深入，如小腸氨基酸吸收、利用和周轉機制的研究；肝臟氨基酸代謝規律及與葡萄糖代謝的關系；肽在氨基酸營養中的作用;外周組織氨基酸分配規律等[1]。通過日糧手段對氨基酸平衡進行調控也有很多研究工作要做，如各種飼料瘤胃降解率和各部分氨基酸組成的數據庫的建立；微生物蛋白質和小腸氨基酸供應預測模型的完善；動物不同種類和生理狀態下氨基酸需要量和理想氨基酸模式的確定等[2]。根據特定生理狀態下動物的氨基酸需要模式，針對微生物蛋白質和過瘤胃蛋白質可進行初步調控，估測初調后小腸氨基酸的供應和模式，找出相應的限制性氨基酸，最后再利用過瘤胃保護氨基酸進行調控，以最終達到理想的氨基酸平衡模式[4]。
理想氨基酸模式能從一種理論發展成為一門技術，并在生產中得以應用，主要原因就在于生產中使用理想氨基酸模式，不僅使動物進食的氮有最大量的沉積，減少了飼料的浪費和環境污染，充分發揮了動物的生長潛力，而且在改變日糧組成的情況下仍可使蛋白質的質量保持恒定，從而可使動物的生產性能達到預期的要求。因此，隨著營養科學及氨基酸發酵工業的發展，限制性氨基酸的商業化供應量不斷增加和理想蛋白質研究不斷深入，理想氨基酸模式將廣泛應用于生產中，并發揮其更大的作用。

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